DE102012000890A1 - Fastening element and deicing device of an aircraft gas turbine engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement, insbesondere zur Verwendung bei einer Enteisungsvorrichtung eines Fluggasturbinentriebwerks, zur Verbindung zweier Bauelemente 30, 31, wobei das Befestigungselement 32 eine Verbindung der Bauelemente 30, 31 mit einer vorgegebenen Relativbewegungsmöglichkeit zueinander gewährleistet, wobei das Befestigungselement 32 zwei Streben 33, 34 umfasst, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei zwei zueinander beabstandete erste Endbereiche 35 an einem der Bauelemente 30 befestigbar sind und die beiden anderen zweiten Endbereiche 36 miteinander verbunden und an dem anderen Bauelement 31 befestigbar sind.The invention relates to a fastening element, in particular for use in a de-icing device of an aircraft gas turbine engine, for connecting two components 30, 31, wherein the fastening element 32 ensures a connection of the components 30, 31 with a predetermined relative movement possibility to each other, wherein the fastening element 32 two struts 33rd , 34, which are arranged at an angle to each other, wherein two spaced-apart first end portions 35 are fastened to one of the components 30 and the other two second end portions 36 are interconnected and attachable to the other component 31.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement und dessen Verwendung bei einer Enteisungsvorrichtung eines Fluggasturbinentriebwerks.The invention relates to a fastener and its use in a de-icing device of an aircraft gas turbine engine.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Befestigungselement, mittels dessen zwei Bauelemente so miteinander verbindbar sind, dass eine vorgegebene Relativbewegung zwischen den Bauelementen möglich ist. Als Beispiel hierfür ist die Verbindung zweier zueinander konzentrischer Bauelemente zu nennen, welche in radialer und in axialer Richtung zueinander eine geringfügige Relativbewegung ausführen können, beispielsweise um Wärmeausdehnungen auszugleichen.In detail, the invention relates to a fastening element, by means of which two components can be connected to one another such that a predetermined relative movement between the components is possible. An example of this is the connection of two components which are concentric to one another and which can execute a slight relative movement in the radial and in the axial direction relative to one another, for example to compensate for thermal expansions.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Befestigungselemente vorzusehen, die entweder durch geeignete Werkstoffwahl (elastische Buchsen oder Ähnliches) oder durch konstruktive Maßnahmen (Langlöcher, Ausnehmungen größeren Durchmessers für Führungszapfen mit geringerem Durchmesser) die gewünschte Bewegbarkeit bei gleichzeitig definierter Lagerung schaffen.From the prior art it is known to provide fasteners that create the desired mobility with simultaneously defined storage either by suitable choice of material (elastic bushes or the like) or by constructive measures (slots, larger diameter recesses for guide pin with a smaller diameter).
Als nachteilig hierbei erweist es sich, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen aufwendig in der Herstellung und in der Montage sind und aus vielen Einzelteilen bestehen. Durch den komplizierten Aufbau ergibt sich ein erheblicher Verschleiß, der zu Lockerungen oder Rattern führen kann und die Lebensdauer des Befestigungselementes insgesamt deutlich herabsetzt.A disadvantage here it turns out that the known from the prior art constructions are expensive to manufacture and in the assembly and consist of many items. Due to the complicated structure results in considerable wear, which can lead to loosening or chattering and significantly reduces the life of the fastener as a whole.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung weiterhin auf eine Enteisungsvorrichtung, welche in einer Triebwerksverkleidung in deren Einströmbereich angeordnet ist.In detail, the invention further relates to a de-icing device, which is arranged in an engine cowling in the inflow region.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, innerhalb eines doppelwandig ausgebildeten Einströmbereichs einer Triebwerksverkleidung angrenzend an einen Anströmbereich oder eine Ringlippe ein kreisringförmiges Rohrelement anzubringen, in welches Heißluft eingeführt wird, welche durch Ausströmöffnungen des Rohrelements austritt und somit von der Innenseite die Wandung der Ringlippe beheizt (piccolo tube Enteisungs-Prinzip).From the prior art it is known to install within a double-walled inflow region of an engine cowling adjacent to a Anströmbereich or a ring lip an annular tubular element, in which hot air is introduced, which exits through outflow openings of the tubular element and thus heated from the inside of the wall of the annular lip (piccolo tube deicing principle).
Ein derartiges ringförmiges Rohrelement weist konstruktionsbedingt einen sehr großen Durchmesser auf. Dies führt, zusammen mit den sich während des Betriebs einer Fluggasturbine stark ändernden Temperaturen, zu starken thermischen Ausdehnungen bzw. Kontraktionen, welche zu starken thermischen Spannungen führen. Diese thermischen Spannungen beeinträchtigen nicht nur das ringförmige Rohrelement selbst, sondern auch dessen Lagerung. Deshalb zeigt der Stand der Technik, beispielsweise die
Weiterhin ist im Hinblick auf die aus dem Stand. der Technik bekannten Lösungen darauf hinzuweisen, dass während des Betriebs eines Fluggasturbinentriebwerks im Bereich der Enteisungsvorrichtung sehr hohe Temperaturunterschiede vorliegen. Während des üblichen Reisefluges kühlt der Anströmbereich der Triebwerksverkleidung beispielsweise auf Temperaturen von –56°C oder kälter ab. Wird dann beispielsweise beim Landeanflug die Enteisung in Betrieb genommen, so strömt Heißluft mit Temperaturen zwischen 400°C und 500°C durch das Rohrelement. Handelsübliche Befestigungsgelenke, beispielsweise sphärische Gelenke können in derartigen Temperaturbereichen nur sehr eingeschränkt arbeiten oder erfordern einen sehr erheblichen konstruktiven Aufwand.Furthermore, with regard to the solutions known from the prior art, it should be pointed out that very high temperature differences exist during the operation of an aircraft gas turbine engine in the area of the deicing device. For example, during normal cruising, the head area of the cowl panel cools to temperatures of -56 ° C or colder. If, for example, the de-icing process is started during the approach, hot air flows through the pipe element at temperatures between 400 ° C and 500 ° C. Commercially available fastening joints, for example, spherical joints can only work very limited in such temperature ranges or require a very considerable design effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine präzise Lagerung der Bauteile aneinander sicherstellt.The invention has for its object to provide a fastener of the type mentioned above, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost manufacturability and ensures precise storage of the components together.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Enteisungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kastengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und mit einer einfachen Lagerung versehen werden kann.The invention is further based on the object to provide a de-icing device of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, low-cost manufacturability and can be provided with a simple storage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of the independent claims, the subclaims show further advantageous embodiments of the invention.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist somit fachwerkartig ausgebildet und weist zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Streben auf. Die voneinander beabstandeten ersten Endbereiche der Streben sind an einem der Bauelemente befestigt, während die anderen Endbereiche der Streben miteinander verbunden sind und das andere der beiden Bauteile lagern.The fastening element according to the invention is thus formed like a truss and has two mutually arranged at an angle struts. The spaced-apart first end portions of the struts are secured to one of the components, while the other end portions of the struts are interconnected and support the other of the two components.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine Ausgestaltung, welche mehrere Freiheitsgrade aufweist, so dass thermische Dimensionsänderungen oder Vibrationen aufgefangen werden können, ohne dass das Befestigungselement selbst übermäßigen Belastungen ausgesetzt wäre, welche in der Folge zu einem Bruch oder Versagen des Befestigungselements führen könnten. Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist somit in der Lage, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, mehrere Bewegungen aufzunehmen und durchzuführen, beispielsweise Bewegungen eines ringförmigen Rohrelements einer Enteisungsvorrichtung. Dabei treten bei dem Befestigungselement lediglich elastische Deformationen auf, welche ohne Materialschädigung und ohne Gefahr eines Bruches erfolgen können. Das Befestigungselement weist somit eine ausreichende Elastizität auf, um beispielsweise thermische Belastungen aufzunehmen, es weist jedoch eine ausreichende Festigkeit auf, um Schwingungsbelastungen aufzufangen. Derartige Schwingungsbelastungen wirken erfindungsgemäß insbesondere auf die beiden Streben, welche als lange und dünne Bauteile ausgebildet sind und eine ausreichende Festigkeit haben. Durch die bei dem Befestigungselement vorgesehene lokale Festigkeit, welche im Hinblick auf thermische Belastungen sehr klein sein kann, kann eine elastische Verformung ohne Beschädigung des Befestigungselements erfolgen.According to the invention thus results in a configuration which has a plurality of degrees of freedom, so that thermal dimensional changes or vibrations can be collected without the fastener itself would be subjected to excessive stresses which could subsequently lead to breakage or failure of the fastener. The fastening element according to the invention is thus able, as will be described below, to receive and carry out a plurality of movements, for example movements of an annular tubular element of a de-icing device. In this case, only elastic deformations occur in the fastener, which can be done without material damage and without risk of breakage. The fastener thus has sufficient elasticity to accommodate, for example, thermal stresses, but it has sufficient strength to absorb vibration loads. Such vibration loads act according to the invention in particular on the two struts, which are designed as long and thin components and have sufficient strength. By provided with the fastener local strength, which may be very small in terms of thermal loads, an elastic deformation without damaging the fastener can be done.
Die erfindungsgemäßen Befestigungselemente ersetzen somit die aus dem Stand der Technik bekannten sphärischen Elemente. Bei den vorbekannten Konstruktionen müssen die Biegemomente oder Zugkräfte jeweils durch die sphärischen Verbindungselemente aufgenommen werden. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht der Fall, da die Befestigungselemente selbst deformierbar sind und somit die aus dem Stand der Technik bekannten sphärischen Elemente ersetzen. Die auftretenden Biegemomente haben somit auf die erfindungsgemäßen Befestigungselemente keinen negativen Einfluss.The fastening elements according to the invention thus replace the known from the prior art spherical elements. In the previously known constructions, the bending moments or tensile forces must each be absorbed by the spherical connecting elements. This is not the case with the solution according to the invention, since the fastening elements themselves are deformable and thus replace the known from the prior art spherical elements. The bending moments that occur thus have no negative influence on the fastening elements according to the invention.
Hinsichtlich der Enteisungsvorrichtung schafft die Erfindung somit die Möglichkeit, das kreisringförmige Rohrelement (picollo tube) so zu lagern, dass dieses hinsichtlich seiner thermischen Ausdehnungen und Kontraktionen nicht durch die Befestigungselemente behindert wird. Es treten somit keine Belastungen auf, welche zu einem Bruch, weder der Befestigungselemente noch des Rohrelements, führen könnten. Auch hinsichtlich der auftretenden Vibrationen ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Befestigungselements in hohem Maße betriebssicher. Es ergibt sich somit eine direkte Kraftübertragung von dem ringförmigen Rohrelement auf den Bereich der Triebwerksverkleidung, welche das Rohrelement lagert. Es befinden sich keine Teile miteinander in Kontakt, die eine Relativbewegung zueinander so ausführen, dass hierdurch ein Verschleiß auftreten könnte. Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist vielmehr verschleißfrei, es erfordert keine Wartung und weist eine hohe Lebensdauer auf. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik vorbekannten Konstruktionen ergibt sich eine erhebliche Gewichtsreduzierung von bis zu 2/3 des Gewichts vorbekannter Konstruktionen. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Lösung kostengünstig und einfach herstellbar. Durch die kostengünstige Herstellungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Lagerungselemente oder Befestigungselemente ergeben sich für das gesamte Triebwerk insgesamt niedrigere Kosten. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass während der Lebensdauer des Triebwerkes praktisch keine Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen. Auch hierdurch können die Gesamtkosten erheblich gesenkt werden.With regard to the deicing device, the invention thus provides the possibility of storing the annular tubular element (picollo tube) in such a way that it is not hindered by the fastening elements with regard to its thermal expansions and contractions. There are thus no stresses that could lead to a break, neither the fasteners nor the pipe element. Also with regard to the vibrations occurring, the inventive design of the fastener is highly reliable. Thus, there is a direct transfer of force from the annular tubular element to the region of the engine cowling which supports the tubular element. There are no parts in contact with each other, which perform a relative movement to each other so that this could cause wear. The fastener of the invention is rather wear-free, it requires no maintenance and has a long service life. Compared to previously known from the prior art constructions results in a significant weight reduction of up to 2/3 of the weight of previously known constructions. Furthermore, the solution according to the invention is inexpensive and easy to produce. The cost-effective production possibility of the storage elements or fasteners according to the invention results in lower overall costs for the entire engine. Another advantage is that during the life of the engine virtually no maintenance work must be performed. This can also significantly reduce the overall costs.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement erlaubt somit eine präzise konzentrische und axiale Positionierung zweier Bauelemente unter gleichzeitiger Gewährleistung einer begrenzten, vorgegebenen relativen Bewegbarkeit in mehreren Bewegungsrichtungen.The fastening element according to the invention thus allows a precise concentric and axial positioning of two components while ensuring a limited, predetermined relative mobility in several directions of movement.
Erfindungsgemäß wird somit ein einziges, einstückiges Befestigungselement geschaffen, welches kostengünstig herstellbar ist und bei seiner Montage nur einen minimalen Aufwand erfordert.According to the invention thus a single, one-piece fastener is created, which is inexpensive to produce and requires only minimal effort in its installation.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of an embodiment in conjunction with the drawing. Showing:
Das Gasturbinentriebwerk
Der Zwischendruckkompressor
Die Turbinenabschnitte
Das Bezugszeichen
Weiterhin weist das Gasturbinentriebwerk einen Anströmbereich
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist innerhalb der Triebwerksverkleidung
Die
Im Einzelnen zeigt die
Wie die
Die jeweiligen zweiten Endbereiche
Die
Das erfindungsgemäße Befestigungselement zeichnet sich somit durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Konstruktionsweise aus, welche durch geeignete Dimensionierung und Materialauswahl exakt vorbestimmbar ist. Der Verschleiß ist, im Vergleich zum Stand der Technik minimal, so dass sich eine weitaus höhere Lebensdauer ergibt. Durch den geringeren Montageaufwand und durch die geringe Anzahl der Teile ergibt sich eine erhebliche Kosteneinsparung. Zusätzlich ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich der Gewichtsreduzierung.The fastening element according to the invention is thus characterized by a simple structure and a simple construction, which can be exactly predetermined by suitable dimensioning and material selection. The wear is minimal compared to the prior art, resulting in a much longer life. Due to the lower assembly costs and the small number of parts results in a significant cost savings. In addition, there is an advantage in terms of weight reduction.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- TriebwerksachseEngine axis
- 1010
- GasturbinentriebwerkGas turbine engine
- 1111
- Lufteinlass/EinströmbereichAir intake / inflow
- 1212
- im Gehäuse umlaufender Fanin the housing revolving fan
- 1313
- ZwischendruckkompressorIntermediate pressure compressor
- 1414
- HochdruckkompressorHigh pressure compressor
- 1515
- Brennkammerncombustors
- 1616
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1717
- ZwischendruckturbineIntermediate pressure turbine
- 1818
- NiederdruckturbineLow-pressure turbine
- 1919
- Abgasdüseexhaust nozzle
- 2020
- Leitschaufelnvanes
- 2121
- TriebwerksgehäuseEngine casing
- 2222
- KompressorlaufschaufelnCompressor blades
- 2323
- Leitschaufelnvanes
- 2424
- Turbinenschaufelnturbine blades
- 2626
- Kompressortrommel oder -scheibeCompressor drum or disc
- 2727
- TurbinenrotornabeTurbinenrotornabe
- 2828
- Auslasskonusoutlet cone
- 2929
- Anströmbereich/RinglippeInflow / ring lip
- 3030
- Triebwerksverkleidung (nacelle)Engine cowling (nacelle)
- 3131
- Rohrelementtube element
- 3232
- Befestigungselementfastener
- 3333
- Strebestrut
- 3434
- Strebestrut
- 3535
- Erster EndbereichFirst end area
- 3636
- Zweiter EndbereichSecond end area
- 3737
- Trägerelementsupport element
- 3838
- Kreisbahnorbit
- 3939
- Mittelachsecentral axis
- 4040
- Wandungwall
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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